江尖泵站開度系統(tǒng)改造淺析

吳 鋼

(江蘇省無(wú)錫市城市防洪工程管理處 214044)

1 工程概況

無(wú)錫市江尖水利樞紐是無(wú)錫市城市防洪工程八大樞紐之一，位于大運(yùn)河與古運(yùn)河的交接處。樞紐由一座60m3/s的泵站和一座3m×25m的節(jié)制閘組成，是一座具有防洪、排澇、調(diào)水引流以及景觀等多重功能的大型自動(dòng)化水利樞紐。

樞紐泵站建成于2006年6月，堤身式布置，雙進(jìn)出水流道設(shè)計(jì)，安裝有3臺(tái)2500ZLWS-2型豎井式貫流泵，設(shè)計(jì)單機(jī)流量20m3/s，配套800kW的臥式異步電機(jī)。泵站每臺(tái)機(jī)組出水側(cè)各設(shè)有兩孔事故門和兩孔工作門，共計(jì)12扇閘門，均為直升式平面鋼閘門，啟閉設(shè)備采用的是QPPY-D-200kN型液壓閘門啟閉機(jī)，倒掛油缸設(shè)計(jì)，通常情況下閘門處于水面以下。

事故門、工作門開度設(shè)備采用的是WNAG-3500-K20-2-2型靜磁柵閘門開度儀，限位裝置采用的是LJ18A3-8-Z/BY型電子接近開關(guān)，靜磁柵開度儀安裝在閘門外側(cè)，與閘門同高，通常情況下隨閘門處于水下。

2 系統(tǒng)問(wèn)題及原因分析

2.1 系統(tǒng)問(wèn)題

自2006年樞紐投運(yùn)以來(lái)，泵站事故門、工作門開度設(shè)備多次出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響到了泵站的正常運(yùn)行，給泵站運(yùn)行管理帶來(lái)了很大的不便，常見(jiàn)有以下一些情況:

a.開度值無(wú)法正常顯示，讀數(shù)為0或*號(hào)。

b.閘門到位后，油泵無(wú)法自動(dòng)停止運(yùn)行。

2.2 原因分析

經(jīng)檢查，開度無(wú)法正常顯示主要原因是開度設(shè)備靜磁柵尺出現(xiàn)問(wèn)題，而油泵不能自動(dòng)停止運(yùn)行是由于限位裝置電子接近開關(guān)損壞。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，樞紐對(duì)產(chǎn)生上述問(wèn)題的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)靜磁柵開度設(shè)備和電子接近開關(guān)的運(yùn)行進(jìn)行跟蹤觀測(cè)。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)主要有以下幾方面原因?qū)е聠?wèn)題的產(chǎn)生:

a.建設(shè)時(shí)，考慮到景觀需要，事故門、工作門采用前后雙胸墻結(jié)構(gòu)，降低了閘門高度，常水位時(shí)，閘門門頂處于水面以下，導(dǎo)致隨門安裝的靜磁柵尺也長(zhǎng)期浸泡于河水中，河水的水壓力和腐蝕性長(zhǎng)時(shí)間對(duì)靜磁柵尺外殼進(jìn)行侵蝕，導(dǎo)致密封受損，使得河水滲入內(nèi)部，引起內(nèi)部電子元器件受損，從而導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定，產(chǎn)生讀數(shù)為0或*號(hào)現(xiàn)象。

b.靜磁柵尺在使用過(guò)程中不允許產(chǎn)生撓度，而實(shí)際工況中，當(dāng)水泵開啟時(shí)，大水流沖擊使得靜磁柵尺產(chǎn)生了輕微撓度，導(dǎo)致靜磁柵尺外殼密封松動(dòng)，河水滲入內(nèi)部，引起內(nèi)部電子元器件受損，從而導(dǎo)致開度設(shè)備損壞。

c.靜磁柵尺是磁感應(yīng)元件，測(cè)量桿上嵌入的是釹鐵硼(NdFeB)磁性材料，高溫下，磁性損失較大，易影響性能(材料最高工作溫度80℃)。樞紐靜磁柵尺隨閘門安裝于露天工況，處于陽(yáng)光直射下，夏季高溫時(shí)，烈日暴曬使其磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。

d.除此之外，由于整個(gè)工作門、事故門平臺(tái)位于露天環(huán)境，而靜磁柵尺和電子接近開關(guān)都是普通電子元件，在雨、雪、露水等侵蝕下極易損壞，這也是導(dǎo)致開度、限位頻繁出現(xiàn)問(wèn)題的一個(gè)重要原因。

2.3 故障影響

a.泵站開停機(jī)時(shí)無(wú)法正確讀取故障事故門、工作門開度值，影響正常開停機(jī)操作。

b.泵站運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)法確定閘門位置，無(wú)法觀察閘門有無(wú)下滑狀況，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

c.油缸到位后，由于限位裝置損壞，PLC程序接收不到到位信號(hào)，油泵無(wú)法自動(dòng)停止，油缸繼續(xù)上升頂住上部支架，導(dǎo)致油缸壓力上升，影響油缸使用壽命。

d.PLC控制程序?qū)Ρ谜臼鹿书T、工作門運(yùn)行情況出現(xiàn)錯(cuò)誤的判斷，導(dǎo)致自動(dòng)化監(jiān)控程序出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)警，甚至無(wú)法開啟閘門。

3 系統(tǒng)改造

為確保江尖樞紐泵站安全可靠運(yùn)行，2010年11月經(jīng)上級(jí)部門批準(zhǔn)，樞紐對(duì)泵站1號(hào)機(jī)組工作門、事故門4臺(tái)開度設(shè)備進(jìn)行了試點(diǎn)改造。

3.1 改造技術(shù)要求

考慮到原有設(shè)計(jì)以及周圍環(huán)境的實(shí)際情況，樞紐對(duì)改造后的開度設(shè)備提出了以下一些技術(shù)要求:

a.要求改造后的開度設(shè)備能在潮濕環(huán)境中可靠工作。

b.要求泵站運(yùn)行產(chǎn)生的泵涌水流沖擊對(duì)開度設(shè)備無(wú)影響或基本無(wú)影響。

c.由于設(shè)備安裝于露天環(huán)境，設(shè)備要有良好的防雨、雪功能。

d.設(shè)備安裝高度不能超過(guò)啟閉機(jī)支架高度，不能影響美觀。

e.設(shè)備要有自帶可靠限位裝置，不受雨、露水影響，不能另加限位桿，影響美觀。

f.要有斷電記憶功能，斷電以后能記憶當(dāng)時(shí)開度。

g.要求系統(tǒng)能直接與原有PLC、上位計(jì)算機(jī)之間正確通訊。

h.能采用12V直流電源供電。

i.能簡(jiǎn)單消除運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生的累積誤差。

3.2 設(shè)備選型

根據(jù)以上技術(shù)要求，通過(guò)設(shè)備比選，樞紐決定采用WDC-31型閘門開度儀設(shè)備配以GWS250型鋼絲繩定位傳感器成套設(shè)備，替換原有開度設(shè)備。

3.3 改造后系統(tǒng)特點(diǎn)

WDC-31型閘門開度儀是一種鋼絲繩式開度設(shè)備，由 UDZ型編碼器及 XX型顯示器組成，配套GWS250型收纜裝置。新的系統(tǒng)有如下特點(diǎn):

a.具有良好的防水防潮功能。設(shè)備外殼采用鑄鋁精加工制作，密封性好，便于安裝維護(hù)，同時(shí)內(nèi)部線路板表面也做了防潮處理，能在濕度較大的環(huán)境中使用。由于設(shè)備露天安裝的工況，為確保不受雨雪影響，安裝過(guò)程中在開度儀外另制作不銹鋼罩，從而更好地保護(hù)了設(shè)備，減小了不利工況對(duì)設(shè)備的影響。

b.供電及通訊情況。該套設(shè)備可采用9-12V直流電源供電，同時(shí)內(nèi)置3.6V鋰電池，可在斷電后保證數(shù)據(jù)不遺失。設(shè)備內(nèi)有單片機(jī)，可進(jìn)行高度換算等功能，輸出接口為RS485，可采用MODBUS等多種通訊協(xié)議(樞紐采用的為MODBUS協(xié)議)，能使原PLC與上位計(jì)算機(jī)直接通訊。

c.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)設(shè)備主要由編碼器和鋼絲繩定位傳感器兩種設(shè)備集成，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，體積小，安裝方便。整個(gè)設(shè)備集成后外觀尺寸為350mm×250mm×200mm，可以安裝在啟閉機(jī)油缸支架一側(cè)，且不超過(guò)支架高度(支架高350mm)，不影響美觀。收纜裝置集成了小型機(jī)械式限位裝置，無(wú)常規(guī)限位裝置的限位桿，保證了設(shè)備不影響周圍環(huán)境。

d.性能可靠。?在收纜裝置方面，按要求采用了進(jìn)口不銹鋼多股鋼絲繩，可以防止河水腐蝕，恒力鋼帶采用了專用彈簧(采用進(jìn)口不銹鋼材料制作)，能保證在整個(gè)過(guò)程中恒定的收緊張力，以避免鋼絲繩的來(lái)回程偏差及松弛不定，保證長(zhǎng)期抗疲勞強(qiáng)度;?鋼絲繩測(cè)量輪直接通過(guò)聯(lián)軸器與編碼器聯(lián)動(dòng)，將連接誤差降至最小，保證了測(cè)量精度;?該套設(shè)備水面及水面以下僅有鋼絲繩部分，泵站運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生泵涌水流沖擊對(duì)其基本無(wú)影響，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠;?設(shè)備設(shè)有復(fù)位鍵，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行產(chǎn)生的累積誤差可以通過(guò)復(fù)位鍵直接清除。

3.4 改造后系統(tǒng)的使用情況

系統(tǒng)改造后，通過(guò)近半年的試運(yùn)行，雖然在使用過(guò)程中設(shè)備出現(xiàn)了鋼絲繩卡阻、限位調(diào)整難等問(wèn)題，但是系統(tǒng)在穩(wěn)定性、故障發(fā)生頻率等方面均有很大程度提高，改造的系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)方便、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，尤其在水質(zhì)較差及雨、雪等工況下均能正常運(yùn)行。鑒于目前實(shí)際的使用情況，樞紐計(jì)劃在下階段把該型開度設(shè)備推廣應(yīng)用到泵站其他兩臺(tái)機(jī)組的8扇工作門、事故門上。

4 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，樞紐原有開度設(shè)備靜磁柵尺具有測(cè)量精度高、維護(hù)方便等特點(diǎn)，在使用過(guò)程中也體現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢(shì)，但由于樞紐工況條件的限制，使得靜磁柵尺損壞過(guò)于頻繁，而新系統(tǒng)在適用環(huán)境、穩(wěn)定性及可靠性上具有明顯優(yōu)勢(shì)，也促使樞紐決定對(duì)全套開度設(shè)備進(jìn)行改造。在今后的運(yùn)行管理中，我們還將不斷加強(qiáng)觀測(cè)，加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)，加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，充分發(fā)揮該套設(shè)備在樞紐的運(yùn)行效益。

1 鄭建紅，李晉.關(guān)于泄洪底孔閘門開度測(cè)控系統(tǒng)改造分析［J］.科學(xué)情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007，17(10).

2 貝樂(lè)，溫海燕.靜磁柵開度儀在江尖水利樞紐的應(yīng)用［J］.江蘇水利，2010(5).